2 CIRCUITOS DE C ORRENTE ONTÍNUA - eletricaes.com.br · bipolos será analisada a partir da Lei de Ohm. Apresentam-se, então, as redes de corrente contínua (C.C.) e as leis, conceitos

2 CIRCUITOS DE CORRENTECONTÍNUA

2.1 INTRODUÇÃO

Apesar da maioria das instalações elétricas, hoje em dia, não serem em corrente contínua,a teoria a ser vista neste capítulo constitui uma base para as demais aplicações que sãoutilizadas em eletricidade.

Para estudar os circuitos em corrente contínua parte-se de conceitos básicos daeletrostática e da eletrodinâmica. São definidas, basicamente, as grandezas: corrente,diferença de potencial, potência e energia elétrica.

Em seguida definem-se os elementos básicos dos circuitos de corrente contínua, quaissejam, as fontes ideais e a resistência, que constituirão os bipolos. A associação debipolos será analisada a partir da Lei de Ohm.

Apresentam-se, então, as redes de corrente contínua (C.C.) e as leis, conceitos e teoremaspara sua resolução. São apresentadas as aplicações das Leis de Kirchhoff e do Método dasCorrentes Fictícias de Maxwell.

2.2 CONCEITOS BÁSICOS

Neste item serão apresentadas, sucintamente, as leis e definições que constituirão a basedos estudos de redes em corrente contínua.

2.2.1 Lei de Coulomb e Potencial Elétrico

As leis da eletricidade originaram-se a partir do final do século XVIII. Inicialmente foiidentificada a existência de cargas elétricas com polaridade positiva ou negativa e, foiverificado, ainda, que cargas elétricas de polaridades iguais se repelem e, cargas elétricasde polaridades diferentes se atraem. Em 1785, Coulomb avaliou a força de atração, ourepulsão, entre duas cargas pontuais como sendo:

221

r4qqFεπ

= (2.1)

10 2. CIRCUITOS DE CORRENTE CONTÍNUA

onde:F - força em N (Newton);q1, q2 - cargas elétricas em C (Coulomb);r - distância entre as cargas em m;

ε - constante que depende do meio, em F/m (Faraday/m). Para o vácuo ε = εo = 8,85x 10-12 F/m.

Pode-se escrever que:

21221 q.Eq

r4q

F =επ

=

onde 2

11

r4q

Eεπ

= constitui o campo elétrico provocado pela carga 1q , e é dado em V/m

(Volt/m). Na realidade, tanto o campo elétrico E1 como a força F são grandezas vetoriais,conforme apresentado na Fig. 2.1, para cargas positivas e negativas.

a) Carga positiva b) Carga negativa

Figura 2.1 - Vetores de campo elétrico e força

Pode-se definir, também, o trabalho, W, realizado pela carga q2 ao ser deslocada desdeum ponto muito distante (∞) até a distância r de q1 como sendo:

∫∫∫∞∞∞

−=−=−=r

12

r

12

r

rdEqrdEqrdFWvvvrvv

(2.2)

O potencial elétrico, Vr, é uma grandeza escalar, definida como sendo o trabalho W porunidade de carga (q2), ou seja:

∫∞

−==r

12

r VrdEqWV

rv(2.3)

++

vdr v

E1

vFq2

pr+q1-

-q1

q2PvE1

vF +

ELETROTÉCNICA GERAL 11

Nota-se que o potencial elétrico independe da carga q2 . Pode-se, a partir deste conceito,calcular o trabalho para deslocar a carga q2 de A até B, como sendo:

)VV(q)Vq(VqW

rdEqrdEqrdEqW

AB2B2A2AB

B

A12

B

12A

12AB

−=−−−=

−=−−= ∫∫∫∞

∞ vvvvvv

(2.4)

ou seja, a diferença de potencial (d.d.p. ou tensão) VBA = VB – VA entre os pontos A e B,consiste no trabalho (por unidade de carga) para se deslocar uma carga de A até B..

2.2.2 Corrente Elétrica

Define-se a intensidade de corrente elétrica (i ) que atravessa uma superfície, Fig. 2.2,como a quantidade de carga elétrica que atravessa a superfície por unidade de tempo.Assim a corrente será dada por:

)Ampère(AsC

em dtdq

tq

0tlimi ==

∆∆

→∆= (2.5)

Figura 2.2 - Corrente Elétrica

O sentido convencional da corrente elétrica é o correspondente à circulação de cargaspositivas. Logo, em condutores metálicos, o fluxo de elétrons, que são cargas negativas, éem sentido contrário ao sentido convencional da corrente.

2.2.3 Lei de Joule e Resistência Elétrica

A circulação de corrente elétrica em um condutor provoca o seu aquecimento, pela sua“resistência” à passagem da corrente elétrica.

l

S

∆q


A Lei de Joule estabelece que a energia, W, transformada em calor, ou dissipada, é dadapor:

tIRW 2= (2.6)

onde:W - é a energia dissipada no condutor em J (Joule);I - é a corrente elétrica em A;R - é a resistência elétrica do condutor em Ω (Ohm).

Assim, a potência dissipada por efeito Joule pode ser dada por 2RIt

WP == e é medida

em J/s ou W (Watt). Se a corrente for função do tempo i = i(t), então a potênciainstantânea será )t(iR)t(p 2= e, para um tempo t, a energia dissipada será

∫=t

0

2 dt)t(iRW .

A resistência elétrica R depende, basicamente, das características geométricas e domaterial do condutor. Para um condutor cilíndrico, como o da Fig. 2.2, tem-se:

SR

lρ= (2.7)

onde:l é o comprimento do condutor em m;S é a área da secção transversal em m2;ρ é a resistividade elétrica do material em Ω×mQuando a área do condutor é medida em mm2 a resistividade passa a ser medida emΩ×mm2 / m.

Pode-se definir, ainda, a condutância, G, e a condutividade do material, σ, como sendo oinverso da resistência e da resistividade, respectivamente. Formalmente:

S/m)ou mho/m (em 1=eSiemens)=Sou mho (em R1G

ρσ=

2.2.4 Lei de Ohm

Pela Lei de Joule, eq. (2.5), a energia dissipada num condutor percorrido por umacorrente constante I é dada por tIRItRIW 2 == . Sendo qtI = , tem-se qRIW = . Ora, a


energia pode ser também avaliada como sendo o trabalho para levar a carga q entre osdois pontos extremos do condutor, que pode ser dada por qVW = onde V é a diferença depotencial entre esses pontos. Igualando as expressões para cálculo da energia dissipada nocondutor:

VqqRIW ==

resulta para a diferença de potencial o valor:

V = R × I (2.8)

onde V é a d.d.p. (ou tensão) entre os extremos do condutor; a expressão será válidasempre que a resistência R for constante.

2.2.5 Variação da Resistência com a Temperatura

A resistência elétrica de um condutor é variável com sua temperatura. O mesmo,obviamente, acontece para a resistividade elétrica do material, conforme a Fig. 2.3:

Temperatura oCTT=0

ρ0

ρt

Resistividade ρ

Figura 2.3 - Variação da resistividade com a temperatura

A resistividade de um material em função da temperatura é dada por: ( )T1 00T α+ρ=ρ .Para o caso do cobre tem-se m/mm0174,0 2

C200 Ω=ρ e 1oC20 C00393,00

−=α , para o

alumínio m/mm0283,0 2C200 Ω=ρ e 1o

C20 C00403,00−=α .


2.2.6 Força Eletromotriz (f.e.m.)

A força eletromotriz consiste na energia convertida em energia elétrica por unidade decarga, isto é:

dqdWE = .

Sabe-se que um gerador elétrico converte energia de alguma forma para energia elétrica;uma pilha, por exemplo, converte energia química em energia elétrica. A forçaeletromotriz E nos terminais do gerador, constitui a tensão ou d.d.p. necessária àcirculação de corrente, suprindo a energia que o circuito requerer. A potência fornecidapelo gerador ao circuito pode ser calculada por:

i.Edtdq

dqdW

dtdW

P ===

2.3 BIPOLOS

2.3.1 Curvas Características de Bipolos

Bipolo elétrico é qualquer dispositivo elétrico com dois terminais acessíveis, mediante osquais pode ser feita a sua ligação a um circuito.

O comportamento elétrico de um bipolo pode ser obtido a partir de sua característicaexterna, ou curva característica, que é representada pela função V = f ( I ). Acaracterística externa representa a tensão nos terminais do bipolo em função da correnteque o atravessa, conforme a Fig. 2.4.

Os bipolos classificam-se em lineares e não lineares, conforme sua curva característica,seja uma reta ou não, respectivamente. Pode-se, ainda, classificá-los em passivos e ativos,conforme sua curva característica cruze a origem ou corte o eixo dos coordenadascartesianas em dois pontos, conforme mostra a Fig. 2.4.b, respectivamente.

Um resistor com resistência constante, por exemplo, é um bipolo passivo linear pois suafunção V=RI é representada por uma reta passando pela origem, com coeficiente angularR.

Uma bateria pode ser representada pela associação de um gerador ideal com f.e.m. E, emsérie com uma resistência, que representa a resistência interna da bateria. A diferença de


potencial entre os terminais da bateria (A e B) é igual à soma das d.d.ps. entre os pontosA e B e, entre os pontos C e B, que é dada por:

VAB = VAC + VCB = E - r I

Conforme Fig. 2.4.b, a reta cruza os eixos nos pontos de coordenadas (0,E) e (Icc,0), erepresenta um bipolo ativo linear.

O valor de Icc, também chamado de corrente de curto circuito do bipolo ativo, representao valor da corrente quando a tensão no terminais do bipolo é nula, ou seja, quando osterminais do bipolo estão ligados em curto circuito.

α (tgα=R)

V=RI V

I

+

-

V

I

R

a - bipolo passivo

V= E - rI

V

I

E

I ErCC =

V E

r

I

A I +

- -

VAC=E

VCB=-RI

B

I

I ErCC =

r V

+

C

b - bipolos ativos

Figura 2.4 - Características externas de bipolos elétricos

A f.e.m. E é chamada de tensão em vazio, pois representa o valor da tensão nos terminaisdo bipolo quando a corrente é nula, isto é, quando seus terminais estão em circuito aberto.


Normalmente assinalam-se os terminais com os símbolos: + para o terminal positivo e -para o terminal negativo. Convenciona-se que o potencial do primeiro é maior que o dosegundo.

Utilizam-se duas convenções para a representação de correntes e tensões em bipolos:

• Convenção do receptor: a corrente positiva entra no terminal positivo do bipolo;usualmente utilizada para bipolos passivos.

• Convenção do gerador: a corrente positiva sai pelo terminal positivo; usualmenteutilizada para bipolos ativos.

Exemplo 2.1

Para o circuito da Fig. 2.5 pede-se determinar a tensão nos terminais do bipolo ativo e acorrente elétrica que circula no circuito.

V

+ + I

V E=6V

r=0,02Ω R=0,18Ω

- -

5.4V

V=RI E=6V

30A

V=E-rI

ICC=300A

a) Circuito do Exemplo b) Resolução GráficaFigura 2.5 Circuito para o Ex. 2.1

Resolução analítica: Como se pode notar na Fig 2.5a, os valores de tensão nos terminaise corrente, para os dois bipolos, são iguais. Sendo:

- Para o bipolo ativo V = E - r.I = 6 - 0,02.I;- Para o bipolo passivo V = R.I = 0,18.I;

Igualando as duas expressões temos:

A302,0

6II18,0I02,06 ==→=−

eV4,53018,0V =×=


Resolução gráfica: Na Fig. 2.5b apresenta-se o método gráfico de resolução, no qual oponto de intersecção das duas curvas características dos bipolos representa a solução ou oponto de operação do circuito.

2.3.2 Gerador de Corrente

Um gerador de corrente ideal é aquele que mantém uma dada corrente, ΙG , independentedo valor da tensão nos seus terminais. É representado conforme a Fig. 2.6 a.

V

I=IG

V

I

IG

Ir

IG r

a) Gerador de corrente ideal b) gerador de corrente real

Figura 2.6 - Gerador de Corrente

Um gerador de corrente real pode ser representado pela associação em paralelo de umgerador de corrente ideal com uma resistência, Fig. 2.6.b. A curva característica destebipolo pode ser obtida observando-se que a corrente de saída, I, é igual à corrente dogerador, IG, menos corrente, Ir, que flui pela resistência r. Assim sendo resulta:

IrIrVourV

IIII GGrG −=−=−= (2.9)

Note-se que a curva característica de um gerador de corrente real, eq. (2.9), é idêntica àde um gerador de tensão (ou bateria) que tenha resistência interna r e corrente de curtocircuito dada por ΙG = E / r. Assim, um gerador de corrente real pode ser substituído porum gerador de tensão equivalente e vice-versa. É comum, para geradores de corrente,utilizar-se a condutância ao invés da resistência. Sendo g = 1/r, a equação do bipolotorna-se:

g/)II(VouVgII GG −=−=


2.3.3 Associação de Bipolos

É comum desejar-se obter um bipolo equivalente a uma associação de bipolos, ou seja, acurva característica do bipolo equivalente deve ser igual à curva da associação dosbipolos. A seguir será analisado como se pode obter a curva característica da associaçãode bipolos em série e da associação de bipolos em paralelo.

A - Associação em série

A Fig. 2.7a representa a associação em série de n bipolos que apresentam forçaseletromotrizes Ei e resistências internas Ri, com i = 1, 2, ...., n.

V

+ I

a - em série

Bipolo 1

Bipolo 2

Bipolo N

I1

I2

I3

-

+I

V1

V2

V3

Req

Veq

Bipolo equivalente

V

+I

-

I1 I2 In

V1V2 Vn

Bipolo 1 Bipolo 2 Bipolo n

V

-

+ I

V

-

b- em paralelo

Figura 2.7 - Associação de Bipolos

Observa-se que bipolos associados em série são percorridos pela mesma corrente e suatensão resultante é dada pela soma das tensões individuais, Fig. 2.7.a. Formalmenteresulta:

VV...VVII...II

n21

n21

=+++====

Para o caso de bipolos ativos e lineares (o caso de bipolo passivo é um caso particular debipolo ativo com f.e.m. nula), resulta:

[ ] [ ] [ ]IRERIEIRE

IRE...IREIREV...VVV

eqeqn,1i

in,1i

in,1i

in,1i

i

nnn222111n21

−=−=−=

=−++−+−=+++=

∑∑∑∑====

(2.10)


Ou seja, da eq. (2.10) obtém-se que a f.e.m. do bipolo equivalente é dada pela soma dasf.e.m.s. individuais de cada um dos bipolos e a resistência equivalente é dada pela somadas resistências individuais.

B - Associação em paralelo

Na associação em paralelo de bipolos, Figura. 2.7.b, a tensão terminal dos bipolos é iguale a corrente total é dada pela soma das correntes individuais. A determinação do bipoloequivalente é levada a efeito com maior simplicidade pela substituição dos bipolosindividuais de tensão por bipolos de corrente real. Resultam as seguintes relações:

II...IIVV...VV

n21

n21

=+++====

Para cada bipolo tem-se Ιi = Ιcci - giVi, logo para a associação resulta:

∑∑∑∑====

−=−=+++=n,1i

in,1i

i,CCn,1i

iin,1i

i,CCn21 gVIVgII...III (2.11)

Ou seja, da Equação. (2.11) conclui-se que o gerador de corrente real equivalente àassociação apresenta corrente constante igual à soma das correntes individuais e suacondutância é a soma das condutâncias individuais. Finalmente o bipolo equivalente emtermos de gerador de tensão é dado por:

IREV eqeq −=

onde:

∑∑∑

==

= ==

n,1ii

eq

n,1ii

n,1ii,CC

eqg

1Reg

I

E

Exemplo 2.2

Para o circuito da Figura. 2.8, em que se tem dois bipolos ativos e um passivo, sendoR1=0,02 Ω; R2=0,08 Ω, R3= 0,20 Ω, E1= 5 V e E2= 10 V. Pede-se:a) O bipolo equivalente da associação série-paralelo dos três bipolos.b) A corrente Ι e a tensão nos terminais V, do bipolo equivalente quando alimentar, entre

seus terminais A e B, uma resistência R de 10Ω.


V R3

+

− B

Bipolo 3

A

req(1,2,3)

Eeq(1,2,3)

Bipolo 1

E1

R1

Bipolo2 E2

R2

I

− B

+ A

I

V

Figura 2.8 - Associação de bipolos do exemplo 2.2

a) O bipolo equivalente da associação dos bipolos 1 e 2, conta com:

Ω=+=+=

=+=+=

+

+

10,008,002,0RRR

V15105EEE

21)21(eq

21)21(eq

Em termos de gerador de corrente, temos:

S1010,01geA150

10,015I )21(eq)21(CCeq ==== ++

Associando este ao bipolo 3, resulta:

S155102,0

110ggg

A1500150III

)3(eq)21(eq)321(eq

1CC)21(CCeq)3,2,1(CCeq

=+=+=+=

=+=+=

+++

+

logo

Ω==

=×=

0667,0151r

V10150151E

)3,2,1(eq

)3,2,1(eq


b) A corrente na resistência ligada aos terminais A e B, pode ser calculada por:

A9934,0100667,0

10Rr

EI

AB)3,2,1(eq

)3,2,1(eq =+

=+

=

e a tensão entre A e B, pode ser calculada por:

V934,99934,010IRV AB =×==

2.3.4 Bipolos não Lineares

A resolução analítica de redes que contam com bipolos não lineares geralmente é obtidaatravés de processo iterativo. Por outro lado, a resolução é bastante simplificadautilizando-se procedimentos gráficos.

Na Figura 2.9 apresenta-se um bipolo ativo linear, bipolo 1, que supre um bipolo passivonão linear, bipolo 2, caracterizado por característica externa V=f(Ι). A solução analíticadessa rede poderia ser feita fixando-se um valor arbitrário I(0) da corrente impressa nobipolo passivo. A partir dessa corrente determina-se, através da curva V(1) = f(I(0)), atensão em seus terminais. A partir dessa tensão calcula-se a corrente fornecida pelobipolo ativo:

rVE

I)1(

)1( −= .

Repete-se o procedimento até que diferença entre os valores das correntes em duasiterações sucessivas seja não maior que uma tolerância pré-estabelecida.

V

V = f (I) E

I

V=E-r I

IC C

I

Bipolo não linear V

Ponto de operação

E

r

a) Circuito b) Resolução GráficaFigura 2.9 - Bipolos Não Lineares


Para a solução gráfica destaca-se que, em operação em regime permanente, as tensões nosterminais dos dois bipolos e suas correntes devem ser iguais. Logo, o ponto de operaçãoserá dado pela interseção das duas curvas. Na Figura 2.9.a apresenta-se o método deresolução gráfica deste circuito.

2.3.5 Redes de Bipolos

Uma rede de bipolos é um conjunto de bipolos ligados entre si. Pode-se definir, ainda,para uma rede :

• Nó - um ponto qualquer da rede no qual se reúnem dois ou mais bipolos distintos;• Ramo (ou lado) - qualquer dos bipolos da rede cujos terminais estão ligados a dois nós

distintos;• Malha - qualquer circuito fechado da rede.•

1

3 8

9

1

10 5

7

4

4 5

6

32

2 6

Figura 2.10 - Exemplo de rede de bipolos

A rede de bipolos da Figura. 2.10 é um exemplo que conta com 6 nós, 10 ramos e várias malhas(por exemplo: ramos 1-2-3, ramos 4-5-7-8, ramos 1-10-5-7-9, etc.).

2.3.6 Leis de Kirchhoff

As duas leis de Kirchhoff são apresentadas a seguir:

1ª Lei de Kirchhoff: A soma algébrica das correntes aferentes a um nó qualquer de umarede de bipolos é nula. Para tanto, deve-se atribuir às correntes que “entram” no nó sinalcontrário às que “saem” do nó (vide Figura. 2.11). A justificativa desta lei é evidente emse considerando que num nó não pode haver acúmulo de cargas elétricas.


4

12

3 n

I2

I1

In

I4

I3

Σ Ii=0I1 - I2 - I3 + I4 +...+In = 0j

Figura 2.11 - 1ª Lei de Kirchhoff aplicada ao nó j

2ª Lei de Kirchhoff: A soma algébrica das tensões, medidas ordenadamente nos ramos deuma malha, é nula (conforme a Figura. 2.12).

Σ Vi=0V1 - V2 - V3 +...Vn = 0V1 Vn

V2

V3

Figura 2.12 - 2ª Lei de Kirchhoff aplicada a uma malha genérica da rede

A forma prática de se utilizar a 2ª Lei é a de escolher um circuito de percurso para amalha, anti-horário, por exemplo, e observar-se que todos os ramos com tensão concordeao sentido de percurso convencionado entram como parcelas positivas e todos os ramoscom tensão discorde ao sentido entram como parcelas negativas.

2.4 RESOLUÇÃO DE CIRCUITOS DE CORRENTE CONTÍNUA (CC)

2.4.1 Aplicação das Leis de Kirchhoff

As Leis de Kirchhoff são basicamente utilizadas para a solução de circuitos, ou seja,determinação de tensões e correntes em cada um dos bipolos de uma rede elétrica.


A aplicação da 1ª Lei de Kirchhoff numa rede de bipolos com n nós, resulta num sistemacom n-1 equações independentes, de vez que, ao aplicá-la ao enésimo nó, determinar-se-áuma equação que é combinação linear das demais equações.

Para o caso geral de um circuito com r ramos e n nós, deve-se determinar r correntes e rtensões, isto é, tem-se 2r incógnitas. Da aplicação da Lei de Ohm aos ramos da redeobtem-se r equações independentes. Da aplicação da 1ª Lei de Kirchhoff obtem-se maisn-1 equações. Portanto devemos aplicar a 2ª Lei de Kirchhoff a um número m de malhasdado por:

1nrr)1n(r2m +−=−−−=

Qualquer circuito elétrico CC composto por bipolos lineares, pode ser resolvido peloemprego das leis de Ohm e de Kirchhoff, resultando em sistemas de 2r equações e 2rincógnitas. Neste texto veremos outros métodos mais simples de resolução de circuitos.

Exemplo 2.3

Resolva a rede da Figura. 2.13 sem associar os bipolos.

0,02Ω I3

V1 5V

V2 0,2Ω

0,08Ω

10V

10ΩV3 V4 I II

I4 I1 1

2

3

Figura. 2.13 – Rede para o exemplo 2.3

A rede conta com 4 ramos e 3 nós e tem-se 8 incógnitas (V1, V2, V3, V4 e Ι1, Ι2, Ι3, Ι4):

Aplicando-se a lei de Ohm aos quatro bipolos resultam as equações:

V1 = 5 - 0,02 × I1

V2 = 10 - 0,08 × I2V3 = 0,2 I3V4 = 10 I4


Aplicando-se a 1ª Lei de Kirchhoff, a dois nós, resultam as equações:

I1 - I3 - I4 = 0 (nó 1)I1 - I2 = 0 (nó 2)

Aplicação da 2ª Lei de Kirchhoff a (r - n +1 = 2) malhas:

V1 + V2 - V3 = 0 (malha I)V3 - V4 = 0 (malha II)

Obtém-se, assim, um sistema de 8 equações a 8 incógnitas. Substituindo-se as equaçõesda Lei de Ohm nas equações referentes à 2ª Lei de Kirchhoff, tem-se o seguinte sistemade equações equivalente:

I1 - I3 - I4 = 0I1 - I2 = 05 - 0,02 × I1 + 10 - 0,08 × I2 - 0,2 × I3 = 00,2 × I3 - 10 × I4 = 0

que resolvidas fornecem:Ι1 = Ι2 = 50,662 AΙ3 = 49,668 AΙ4 = 0,9934 A

Pelas leis de Ohm, resultam as tensões:

V1 = 5 - 0,02 × 50,662 = 3,987 VV2 = 10 - 0,08 × 50,662 = 5,497 VV3 = V4 = 0,2 × 49,668 = 9,934 V

Destaca-se que Ι4 e V4 são os mesmos valores obtidos para o exemplo 2.2 resolvido porassociação de bipolos.

2.4.2 Método das Correntes Fictícias de Maxwell

Este método é uma simplificação das leis de Kirchhoff. O procedimento utilizado nométodo é o de se fixar, para cada uma das m = r - n + 1 malhas independentes da rede,uma corrente fictícia para a qual adota-se um sentido de circulação. A 1a Lei de Kirchhoffresulta automaticamente verificada pois cada corrente fictícia atravessa todos os nós da


malha correspondente. A corrente em cada ramo é a soma algébrica das correntes fictíciasque o percorrem. Aplicando-se a 2ª Lei de Kirchhoff para as m malhas, determina-se umsistema com m equações e m incógnitas, que são as correntes fictícias para cada malha.

Exemplo 2.4

Resolver a rede da Figura. 2.14 pelo método das correntes fictícias de Maxwell.Adotam-se as correntes fictícias α e β para as malhas independentes I e II,respectivamente.

0,02Ω I3

V1 5V

V2 0,2Ω

0,08Ω

10V

10ΩV3 V4 α β

I4 I1 1

2

3

Figura 2.14 – Rede para o exemplo 2.3

Aplicando a 2ª Lei de Kirchhoff para as duas malhas, tem-se:

5 - 0,02 Ι1 + 10 - 0,08 Ι2 - 0,2 Ι3 = 00,2 Ι3 - 10 Ι4 = 0

Substituindo-se os valores das correntes de ramos pelo das de malha, isto é: Ι1 = Ι2 = α,Ι3 = α - β e Ι4 = β, resulta:

5 - 0,02 α + 10 - 0,08 α - 0,2 (α - β) = 00,2 (α - β) - 10 β = 0

ou seja:

0,3 α - 0,2 β = 15- 0,2α + 10,2β = 0


Resolvendo-se o sistema de equações obtém-se: α = 50,662 A e β = 0,9934 A. Logo ascorrentes nos ramos são: Ι1= Ι2 = 50,662 A; Ι3 = 49,668 A e Ι4 = 0,9934 A.

2.4.3 PRINCÍPIO DA SUPERPOSIÇÃO DE EFEITOS

O princípio da superposição de efeitos pode ser descrito da seguinte forma: “A corrente(ou tensão) num dos ramos de uma rede de bipolo lineares é igual à soma das correntes(ou tensões) produzidas nesse ramo por cada um dos geradores, considerado,separadamente, com os outros geradores inativos”.Gerador inativado significa:

• Tratando-se de gerador de tensão, sua f.e.m. é curto-circuitada, permanecendo nocircuito, somente a resistência interna;

• Tratando-se de gerador de corrente, o gerador ideal é aberto, permanecendo nocircuito somente a condutância interna do mesmo.

A demonstração do princípio da superposição de efeitos decorre da linearidade dasequações de Kirchhoff .

Exemplo 2.5

Determinar, pelo método da superposição, a corrente no resistor R da rede da Figura 2.15.

r2=8Ω ICC1 = 50A

E2 = 150V

A

R=3,4Ωg1=0,5S

+

-

B I

Figura 2.15 - Circuito para o Exemplo 2.5


r2=8Ω

A

R=3,4Ω

B I’

50A

0,5S V’AB

I1

r2=8Ω

E2 = 150V

A

R=3,4Ω

+

-

B I”

g1=0,5S V”AB

I

Figura 2.16 - Superposição de Efeitos

Aplicando-se o princípio da superposição de efeitos, Figura. 2.16, deve-se determinar ascorrentes, I’ e I”, que fluem pelo resistor R com o gerador 1 ativado e o gerador 2desativado, e com o gerador 2 ativado e o gerador 1 desativado, respectivamente. Acorrente total pela resistência R é dada pela soma das duas correntes, isto é: I = I’ + I”.

a) Cálculo de I’

Transformando-se o gerador 1 de corrente em gerador de tensão e, associando-se asresistências R e r2 em paralelo, a corrente Ι1 pode ser facilmente calculada. O gerador de

tensão equivalente terá f.e.m. V1005,0

50E1 == e Ω== 2

5,01r1 . A associação em paralelo

de R com r2 é dada por Ω=+×

38956,284,384,3 . Logo:

A8,2238596,22

10038596,2r

EI1

11 =

+=

+=

Logo:

A164,34,54

'IeV4,5438596,28,22V1 ===×=

b) Cálculo de I”

Associando-se, em paralelo, R com r1 = 1/g1 = 1/0,5 = 2,0 Ω resulta resistência

equivalente dada por Ω=+×

25926,124,324,3 . Portanto a corrente Ι2 vale:

V4,2082,16150V e A2,1625926,18

150I 22 −=×+−==+

= .

Logo


A64,3

4,20RV"I 2 −=

−==

c) Cálculo de I = I’ + I”

A corrente I é obtida da soma das duas parcelas I’ e I”, ou seja, I = 16 - 6 = 10A.

2.4.4 GERADORES EQUIVALENTES DE THÉVENIN E NORTON

O princípio do gerador equivalente de Thévenin consiste, basicamente, em substituir-seuma parte de uma rede de bipolos lineares por um gerador de tensão ideal em série comuma resistência. Este gerador é o “Gerador Equivalente de Thévenin” da parte da redesubstituída.Seja uma rede genérica, Figura. 2.17, que alimenta por seus terminais A e B um outrobipolo Z. Deseja-se determinar um gerador equivalente de Thévenin que substitua a rededo lado esquerdo dos pontos A e B. O bipolo Z não necessitar ser linear, entretanto, osbipolos a serem substituídos obrigatoriamente deverão ser lineares.

A tensão entre os terminais A e B quando o bipolo Z foi removido corresponderá à tensãode vazio do gerador equivalente de Thévenin, Figura. 2.17.b, isto é V0 = VAB. Por outrolado, ligando-se os terminais A e B em curto circuito determina-se a corrente de curtocircuito, I0, do gerador equivalente de Thévenin, Figura. 2.17.c.

Em se tratando de bipolos lineares, a curva característica do bipolo equivalente à rede,visto dos terminais A e B, deve ser uma reta passando pelos pontos (0, V0) e (Ι0,0).

Logo a rede pode ser substituída por um gerador linear de f.e.m. E = V0 e resistênciainterna r = V0 / Ι0. Tal gerador é denominado gerador equivalente de Thévenin,Figura.2.17.d

A rede também pode ser substituída por um gerador de corrente, com corrente de curtoΙCC = Ι0 e condutância interna g = 1/r = Ι0 /V0. Nesse caso, denominar-se o gerador degerador equivalente de Norton, conforme a figura 1.14e.

Para a determinação da resistência, ou da condutância, interna, pode-se também procederda seguinte forma:

− Desativam-se os geradores internos;− A rede resultante é composta, então, somente por bipolos passivos. A resistência desta

rede, vista dos terminais A e B, é a resistência do gerador equivalente de Thévenin.


A

B

A

B

A

B

Z Vo Io

a) rede de bipolos lineares + bipolo Z

b) determinação da f.e.m. equivalente

c) determinação da corrente de curto circuito equivalente

A

B

rVoIo

=

Vo Z

A

B

gIoVo

= Z Io

d) gerador equivalente de Thévenin e) gerador equivalente de Norton Figura 2.17 - Determinação dos geradores de Thévenin e Norton

Exemplo 2.6

Para a rede do Exemplo 2.5 determinar o gerador equivalente de Thévenin, visto dospontos A e B, que fornecerá a corrente Ι para a resistência R.

As figuras 2.15 a e b ilustram a determinação da tensão em vazio e da resistência deThévenin.

A

B

r2=8Ω

E2 = 150V +

- g1=0,5S

50A V0 = VAB

A

B

r2=8Ω

g1=0,5S

A

1.6Ω

50V

I

R

B

a.Tensão de vazio b. Resistência equivalente c.Ger.eq.Figura 2.18 - Circuito do exemplo 2.6


A tensão V0 pode ser facilmente calculada transformando-se o gerador 1 em gerador detensão (E1=100V e r1=2Ω). A corrente Ι1 de circulação, Figura.2.18.a, e, de conseqüência,a tensão Vo são:

V50150258VeA2528150100

I 01 =−×==++

=

A resistência de Thévenin é obtida pelo paralelo das resistências, Figura.2.18.b:

Ω=+×

= 6,18282

r0

Substituindo-se a parte da rede vista dos pontos A e B pelo gerador equivalente deThévenin, resulta o circuito da Figura.2.18.c, onde o valor da corrente Ι é dado por:

A104,36,1

50I =+

=

que é o mesmo valor obtido no exemplo anterior, onde foi aplicado o princípio dasuperposição de efeitos.


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2 CIRCUITOS DE C ORRENTE ONTÍNUA - eletricaes.com.br · bipolos será analisada a partir da Lei de Ohm. Apresentam-se, então, as redes de corrente contínua (C.C.) e as leis, conceitos